Dispositifs hyperfréquences accordables en technologie Groove Gap

Groove gap based microwave components

• Auteur / Autrice : Mohamed Ali Belaidi
• Direction : Serge Verdeyme, Olivier Tantot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 29/06/2023
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Cyrille Ménudier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Verdeyme, Olivier Tantot, Christian Person, Mohamed Himdi, Oilid Bouzekri, Damien Pacaud, Nicolas Delhote
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Person, Mohamed Himdi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Innovation

Métamatériaux

Circuits pour microondes

Mots clés libres

Hyperfréquence

Groove Gap

Accordabilité

Filtrage microonde

Microwave

Groove Gap

Tuneability

Microwave filtering

Résumé

La Technologie Groove Gap (GGW) relève de la famille des métamatériaux. Ces matériaux servent de frontière pour confiner le champ dans des domaines choisis pour sa propagation ou sa résonance. Leur propriété importante dans le cadre de ce travail est une lame d’air, qui sépare, sans contact métallique donc, les deux parties les constituant. Nous avons exploité cette lame d’air pour réaliser différents dispositifs microondes accordables par des commandes mécaniques. Certains de ces dispositifs ne réalisent qu’une seule fonction microonde, par exemple une cavité cylindrique accordable en fréquence de résonance et en bande passante. D’autres dispositifs plus complexes, sont à même de réaliser plusieurs fonctions microondes flexibles, sur la base d’un concept innovant, le déplacement de tiges mobiles en Groove Gap. Un dispositif à deux accès a été conçu pour réaliser un filtre accordable en fréquence centrale, en bande passante mais aussi en ordre de filtrage, par le passage de deux à quatre pôles, en maintenant un facteur de qualité à vide stable autour de 2800. Ce même dispositif est capable de réaliser des fonctions de déphasage, allant de -70 degrés à 280 degrés. Il ne permet cependant pas de combiner ces différentes fonctions. Une évolution à quatre accès de ce concept a alors été proposée. Sa flexibilité a été exploitée pour réaliser des fonctions telles que le routage du champ entre différents accès. Ce routage peut se combiner à d'autres fonctions, parmi lesquelles un filtre accordable et/ou déphaseur accordable. Pour des applications d’alimentation d’antennes, il est aussi possible de réaliser un diviseur de puissance. Au final, ce composant à quatre accès est ainsi capable de réaliser un duplexeur, ou bien le circuit sélectif d’un oscillateur. Ces travaux apportent ainsi des innovations par l’emploi de la technologie GGW pour l’association de fonctions accordables, et ouvrent des perspectives d’utilisation dans un contexte d’intégration de type ‘System In Package’ (SIP) pour antennes actives.

Groove Gap Technology (GGW) is a member of the meta-material family. These materials serve as a boundary to confine the field in selected areas for its propagation or resonance. Their important property in this work is an air gap, which separates, without metallic contact, the two parts constituting them. We have exploited this air gap to realize different microwave devices tunable by mechanical controls. Some of these devices realize only one microwave function, for example, a cylindrical cavity tunable in resonance frequency and/or bandwidth. Other more complex devices can realize several flexible microwave functions, based on an innovative concept, the displacement of mobile rows of Groove Gap pins. A two-port device has been designed to realize a filter tunable in its center frequency, its bandwidth and also its filtering order, by switching from two to three, to four poles, maintaining a stable idle quality factor of around 2800. This same device can realize phase shift functions, from -70 degrees to 280 degrees. However, it does not allow for a combination of these different functions. A four-port evolution of this concept was then proposed. Its flexibility has been exploited to realize functions such as routing the field between different accesses. This routing can be combined with other functions, including a tunable filter and/or tunable phase shifter. For antenna feed applications. It is also possible to realize a power divider. In the end, this four-port component is thus able to realize a duplexer or the selective circuit of an oscillator. This work brings innovations by using the GGW technology to associate tunable functions, and opens perspectives of use in a 'System In Package' (SIP) integration context for active antennas.